微机原理第十二章

微机原理第十二章第一页，共二十二页，2022年，8月28日·字节计数器：存放DMA传输的字节数；

·控制寄存器：存放由CPU设定的DMA传输方式，控制命令等；

·状态寄存器：存放DMAC当前的状态，包括有无DMA请求，是否结束等。

图12-1DMAC的内部结构与外部连接示意图第二页，共二十二页，2022年，8月28日12.2

Intel8237A概述

8237A的特点

本节略，内容详见课本。

8237A的引脚

8237A采用40引脚双列直插封装（见下页图12－2）。8237A的引脚主要围绕其二种工作状态而设置，有一些引脚在两种状态下都有用，而有些则是专用的。

1．与DMA周期有关的引脚：

CLK：时钟输入信号。

DREQ0～DREQ3，DACK0～DACK3：DMA请求及响应信号。

HRQ，HLDA：保持请求和响应信号。

A7～A0：低8位地址。其中A3～A04位是双向地址，因为当CPU对8237A编程时，这4个地址引脚又要作为对片内寄存器寻址的输入地址用。

DB7～DB0：数据总线。在DMA周期中，作为高8位地址信号

（A15～A8）与数据信号（D7～D0）的分时复用线。第三页，共二十二页，2022年，8月28日

ADSTB：地址选通信号。。

AEN：地址使能信号。

MEMR、MEMW：存储器读、写控制，低电平有效，输出。

IQP、IOW：外设读、写控制。

READY：就绪输入信号。

EOP：过程结束信号。

图12-28237A的引脚图第四页，共二十二页，2022年，8月28日2．与CPU读写有关的引脚

CS：片选信号。

A3～A0：地址线。用来选择8237A内部有关寄存器的地址。

DB7～DB0：数据线。

IOR、IOW：外设读、写。

RESET：清除信号。

由上可见，引脚中A3～A0，DB7～DB0以及IOR、IOW是两种状态下都用到的信号，所以它们都是双向信号。

8237A的内部结构

8237A内部结构如图12－3所示（见下页）。

8237A的寄存器

1．地址和字数寄存器

8237A的地址和字数寄存器包括基地址寄存器、基本字节数寄存器、现行地址寄存器和现剩字节数寄存器，每个通道都必须有这4个寄存器，所以总数达16个。其中二种基本寄存器只能写入，而二种现行寄存器只能读。它们总是占用8个I/O端口地址，具体地址如表12.1所示（见课本）。第五页，共二十二页，2022年，8月28日图12-38237A内部结构图

基地址寄存器是由CPU用程序控制写入的，表示数据块在内存中的起始地址，这个值一旦写入，在整个传输进行过程中第六页，共二十二页，2022年，8月28日

保持不变。

基本字节数寄存器中写入的是本次传输的数据块字节数，这个数也不会随DMA传输的进行而变化。若欲传输N个字节，写入到基本字节数寄存器的值应为N－1，即比实际要传输的字节数少1。

二个基本寄存器写入内容时，相应的现行地址寄存器也写入同样的内容。在DMA传送过程中，每传送一个字节，这二个现行寄存器的内容就变化一次。现行地址寄存器的变化方向由编程时的设置决定，而现剩字节数寄存器则恒作减量计数。当现剩字数寄存器由0减至FFFFH时，产生计数结束信号EOP输出。

2．工作方式寄存器

图12－4（见下页）是一个字节长的工作方式寄存器各位含义。4个方式寄存器只占用一个I/O端口地址，不管哪个通道的方式字都用0BH地址写入，利用方式字的最低两位D1D0位的编码来指定该方式字属于哪个通道。第七页，共二十二页，2022年，8月28日

图12-4工作方式寄存器

工作方式寄存器各位含义如下所述：

D7D6：DMA操作方式设定。共有4种方式，即：

·单字节方式

·成组传送方式第八页，共二十二页，2022年，8月28日·请求方式

·级联方式：图12－5是级联的基本方法，如下：

D5：控制地址变化方向。如置“1”，每传送一个字节的数据，

现行地址寄存器的内容减1。反之，D5＝0，地址按增量第九页，共二十二页，2022年，8月28日方式变化。

D4：自动预置。如置“1”，将该通道设置成自动预置方式，

即每当一次DMA传输结束后，2个基本寄存器中的预置

值将自动地再次写入2个现行寄存器中。

D3D2：数据传送方向。写传输，是指数据从I/O设备写入到

内存中去，读传输正好相反。校验传输时8237A像

DMA读或DMA写传输一样产生时序，产生地址信号，

外设可以利用这样的时序进行校验。

D1D0：通道选择。

3．控制寄存器

寄存器中各位的定义如图12－6所示（见下页）。

控制寄存器各位含义如下：

D6、D7：分别控制DREQ和DACK有效的极性。D6控制

DREQ，D7控制DACK，为“0”时设定有效电平为

高电平，为“1”时低电平才是有效的。一旦设定后4

个通道的规定是一样的。第十页，共二十二页，2022年，8月28日

图12-6控制寄存器

D4：选择不同的优先权。在固定优先权时，通道0优先级最高

通道3优先级最低。另一种优先权是循环式，刚被服务过

的通道其优先权自动降为最低，而其余各通道优先权依

次顺高一级，从而使各通道DMA被响应的可能性相同。第十一页，共二十二页，2022年，8月28日D3和D5两位都与8237A的定时有关，将在时序部分讨论。

D2：8237A是否工作的控制位。如为“0”，8237A可工作，否则

不工作。

D1：从存储器到存储器传输时，固定用通道0的地址寄存器存

放源地址，这时可用D1位控制源地址变化与否。如果为

“1”，源地址在整个数据块传送中都有保持不变。这种方

式将使一个单元的内容送到规定长度的某一内存区域中去；

如果为“0”，则通道0的地址变化。该位仅在D0位为“1”时

才有意义，如果D0位为“0”，即不作存储器之间的数据传

输时，D1位就没有意义了。

D0：控制是否从存储器到存储器传输。若为1，是从存储器到

存储器传输；否则不是。

存储器间传送的操作只能用软件启动，对请求寄存器（地址为09H）写入04H，就可以用软件方法启动通道0。

4．DMA请求寄存器

请求寄存器格式如图12－8所示（见下页）。第十二页，共二十二页，2022年，8月28日

图12-8DMA请求寄存器

DMA请求寄存器各位含义如下：

D1D0：选择通道。

D2：请求标志，“D2＝1”表示有请求，“D2＝0”表示无请求。

5．屏蔽寄存器

8237A的每个通道都配备了一个屏蔽触发器，作为屏蔽标志位。DMA的屏蔽标志位是通过往屏蔽寄存器写入屏蔽字节来设置的，如图12－9所示（见下页）。第十三页，共二十二页，2022年，8月28日图12-9屏蔽寄存器

屏蔽触发器各位含义如下：

D1D0：选择通道。

D2：屏蔽位设置，“＝1”设置屏蔽位，“＝0”清除屏蔽位。

此外，8237A还允许使用综合屏蔽命令来设置通道的屏蔽触发器，如图12－10所示（见下页）。

D3～D0中的某位为1，就使对应的通道设置屏蔽位。

若直接访问屏蔽寄存器（使用图12－9格式），则地址为0AH。若使用综合屏蔽命令字来访问屏蔽寄存器（使用图12－10格式），则地址为0FH，且一次就可以完成4个通道的屏第十四页，共二十二页，2022年，8月28日蔽。8237A中还可使用清屏蔽寄存器命令来清除全部4个通道的屏蔽位，见后面的“清屏蔽寄存器命令”。

图12-10综合屏蔽命令字

6．状态寄存器

8237A中有一个可供CPU读取的状态寄存器，其格式如图12－11所示（见下页）。第十五页，共二十二页，2022年，8月28日

图12-11状态寄存器

7．暂存寄存器

在存储器到存储器传送方式时，暂存寄存器保存从源单元读出的数据，再由它写入目的单元。

12.3

8237A的软件命令

8237A还设计了专用的软件命令，以实现对8237A的编程控制。软件命令有三条：主清除命令，清除先/后触发器命令和清除屏蔽寄存器命令。

1．主清除命令

主清除命令与硬件的RESET信号具有相同作用。执行这条命令后，命令、状态、请求、暂存寄存器以及先/后触发器都第十六页，共二十二页，2022年，8月28日被复位，屏蔽寄存器被置位。然后，8237A处于空闲周期。

主清除命令的地址是0DH。只须对该端口执行写操作即可发出主清除命令，至于写入的数据，8237A并不关心，可随意设置。

2．清除先/后触发器命令

当先/后触发器为0时，读写低位字节，为1时则读写高位字节。触发器在每次读写这组寄存器后都翻转一次。

要实现先/后触发器复位可以使用清除先/后触发器命令，该命令是对0CH地址进行一次写操作即可，而对于写入内容，同主清除命令一样，没有任何要求。

另外，硬件RESET信号和软件主清除命令也会使先/后触发器复位。

3．清屏蔽寄存器命令

清屏蔽寄存器命令的地址为0EH。执行这个命令将清除全部4个通道的屏蔽寄存器，使它们允许接收DMA请求。

12.4

8237A的工作时序第十七页，共二十二页，2022年，8月28日8237A有二大类操作周期，即空闲周期和有效（DMA）周期。每个周期总是由若干个状态周期组成。每个状态周期都占一个时钟周期的时间，但由于每个状态周期中它们完成的任务不相同，所以又把它们分别叫做SI、S0、S1、S2、S3、S4和SW七种不同的周期。

正常DMA读写操作

图12－12是8237A在DMA传送时的时序（见下页）。

S0是个等待周期，这期间8237A等待CPU让出总线，得到HLDA的响应。

S1状态中，8237A输出地址允许信号AEN，同时把高8位地址A15～A8送到DB7～DB0引脚上，并发出ADSTB地址选通信号。

S2状态中，首先向外设送出DACK信号。接着，根据操作要求，发出读信号，对DMA读操作,就送出MEMR给存储器；对DMA写操作就送IOR给外设。

S3状态中，8237A发出写命令。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日

S3状态的后沿，8237A检测READY信号端状态。

S4状态中结束本次一个字节数据传送。

图12-128237A时序图

第十九页，共二十二页，2022年，8月28日扩展写与压缩时序

所谓扩展写是当8237A输出写信号时，使其有效的时间提前。正常在S3才送出的有效写控制信号，提前到S2就变得有效。这可以使得写入的设备有更多的写入时间。当命令寄存器的D5＝1时，就选择了扩展写方法。

压缩定时是当命令寄存器D3＝1时采用的定时方式。在S1～S44个周期中，S1是为了锁存高8位地址用的，而S3则是一个延长周期，给读写以充足的时间，在追求更高传输速度，且器件的读写速度又可跟得上的情况下，就可以把S1和S3两个周期省去，形成了时间压缩一半的时序。压缩时序方式只能用于连续数据块传送，即高8位地址不变的数据块。

12.5

8237A的初始化及其在PC机中的应用

8237A的初始化

在进行DMA操作之前，必须对8237A进行初始化编程。初始化编程有以下内容：

（1）关闭8237A，以保证对8237A初始化编程结束后才响应

DMA操作请求。第二十页，共二十二页，2022年，8月28日（2）发送主清除命令，即用软件方法进行复位。

（3）输出16位地址值给相应通道的地址寄存器。

（4）设置传送的字节数给基字节计数器和当前字节计数器。

（5）输出工作方式控制字，以确定8237A的工作方式和传输

类型。

（6）将屏蔽控制字写入屏蔽寄存器，去除屏蔽。

（7）启动8237A，并将操作方式控制字写入控制寄存器，控